Uno degli inventori della batteria agli ioni di litio, John Goodenough, ci ha lasciato meno di un mese fa. Insieme a Michael Stanley Wittinghan e Akiro Yoshino, è il padre riconosciuto del tipo di accumulatore che oggi troviamo dallo smartphone all’aspirapolvere fino all’automobile dove le batterie agli ioni di litio stanno trovando, sotto la spinta di investimenti poderosi, il vento per progredire e diventare sempre di più capienti, potenti, veloci nel rifornirsi, durature e infine economiche.
La loro scoperta è stata davvero dirompente e non ne abbiamo ancora visto tutti gli effetti. Il professor Goodenough, contrariamente a quanto suggerirebbe il suo nome – significa letteralmente “abbastanza buono” – non era evidentemente uno che si accontentava visto che ha continuato a lavorare fino a 101 anni suonati e l’ultima delle sue intuizioni era sostituire l’elettrolita liquido con uno di vetro con l’obiettivo di sfruttare un anodo alcalino di metallo che aumenta la densità di energia della batteria e previene la formazione dei dendriti, ramificazioni che in pratica creano dei mini cortocircuiti innescando il decadimento delle batterie.
ELETTROLITA LIQUIDO
Goodenough stava in pratica lavorando alla batteria allo stato solido che rappresenta uno degli obiettivi grossi dell’industria visto che promette di raddoppiare almeno la capacità e la velocità di ricarica con un livello di sicurezza maggiore delle attuali batterie ad elettrolita liquido. Tutti i costruttori ci stanno lavorando: Stellantis e Hyundai con Factorial Energy, Ford e BMW con Solid Power, Mercedes con Prologium, General Motors con LG, Volkswagen con QuantumScape e altri ancora come Honda, Nissan, Renault e Toyota che promette batterie da 1.500 km di autonomia in un futuro non molto lontano. Nessuno vede lo stato solido prima del 2025, ma nel frattempo la Nio ha sviluppato, insieme allo specialista WeLion, una batteria definita “semisolida” da ben 150 kWh di capacità per oltre 1.000 km di autonomia con un peso superiore di soli 20 kg rispetto a quella “liquida” da 100 kWh.
SCOMMESSA SU 100IN2
Alcuni invece ritengono che le batterie attuali abbiano ancora molto da dire. Lo pensano Tesla e la StoreDot – società con sede in Israele che ha tra i suoi investitori Volvo, Daimler, BP, Samsung e TDK – che è pronta con batterie 100in5 (100 miglia in 5 minuti) e promette le 100in2, quelle con celle allo stato solido e persino quelle capaci di autorigenerarsi e dunque allungare la propria durata grazie ad una particolare strategia del software di controllo. Parliamo di celle cilindriche proprio come le 21700, le 18650 e le 4680 utilizzate storicamente da Tesla che, anche per differenziare la propria offerta, sta utilizzando altri tipi di celle e strutture. Le innovazioni sono le celle “blade” ovvero a lama, con dimensioni molto più grandi di quelle a sacchetto o prismatiche più comunemente utilizzate, e la struttura “cell-to-pack” che consiste nel non suddividere la batteria in moduli.
SOLUZIONI INTERMEDIE
Ci sono anche soluzioni intermedie come, ad esempio, le batterie previste da Renault per la R5 formata da 4 grossi moduli. Per migliorare il rapporto tra massa, ingombro e capacità si stanno facendo strada nuove soluzioni come il controllo wireless delle celle e l’integrazione nel corpo vettura grazie alle batterie strutturali, ovvero che collaborano alle capacità di resistenza della struttura. Di contro, dopo anni di oblio, si sta riconsiderando il battery swap, ovvero la possibilità di cambiare velocemente la batteria scarica con una carica. La Nio avrà alla fine del 2023 ben 2.300 stazioni di scambio in tutto il mondo e ha già predisposto prodotti finanziari che permettono l’aggiornamento della batteria di fabbrica con altre più moderne e capaci. Altra tecnologia che si sta facendo strada è quella LFP ovvero Litio-Ferro-Fosfato che offre prestazioni leggermente inferiori a quelle NMC (Nickel-Manganese-Cobalto), ma costi sostanzialmente inferiori proprio perché fanno a meno del Cobalto, materia prima dal costo molto elevato.
QUESTIONE DI CHIMICA
Promettenti sono anche le LMFP, ovvero le Litio-Manganese-Ferro-Fosfato. La questione della chimica è fondamentale per accordare la catena del valore, non solo per l’approvvigionamento della materie prime e delle celle, ma anche dei metodi di lavorazione e di recupero dunque della sostenibilità economica ed ambientale. E c’è già chi ha realizzato celle con la stampa 3D. Tra i materiali più “caldi” ci sono il Silicio, lo Zolfo, il Grafene e persino il Fluoro con elettroliti anche gassosi come l’Ossigeno e l’Idrogeno, che in sede sperimentale hanno mostrato grandi capacità di allungamento della vita della batteria. E parlando ancora di raffreddamento, si stanno facendo strada tecnologie più sofisticate che stanno maturando nel mondo delle alte prestazioni e delle competizioni. La più promettente è l’annegamento delle celle direttamente in un liquido di raffreddamento dielettrico, ovvero che non conduce l’elettricità per un controllo termico anche nelle condizioni più gravose. Così sono fatte le batterie della McLaren P1 Longtail ibrida, delle monoposto di Formula E e anche il sistema ibrido plug-in delle AMG. Ma il fattore che sta sempre più a cuore è l’autonomia. Secondo una ricerca di Bloomberg dal 2010 ad oggi si è passati da meno di 120 km a 330-340 km, quasi il triplo. E non solo per merito delle batterie, ma anche dell’efficienza complessiva dei sistemi di propulsione, di recupero e di gestione dell’energia oltre che dell’intelligenza dei sistemi di ricarica. Tutto questo porterà, con ogni probabilità, ad un’ottimizzazione delle capacità più che ad una crescita: dunque batterie più piccole e ricariche più veloci per auto più efficienti e meno costose.